מטבוליזם ופוטוסינתזה בצמחים
צמחים ממירים אור שמש ופחמן דו-חמצני למולקולות אורגניות המזינות כמעט את כל צורות החיים, ואז מעבדים מולקולות אלו באמצעות נשימה ומפתחים אותן למגוון עצום של תרכובות מיוחדות.
Definition
מטבוליזם צמחי הוא מכלול התגובות הביוכימיות המקיימות את חיי הצמח, ומתמקד בפוטוסינתזה – קיבוע פחמן דו-חמצני לחומר אורגני המונע על ידי אור – יחד עם נשימה ומטבוליזם מיוחד (משני).
Scope
תחום זה מכסה את מטבוליזם האנרגיה והפחמן בצמחים: תגובות אור פוטוסינתטיות וקיבוע פחמן, נשימה תאית ומטבוליזם אנרגטי, וביוסינתזה של מטבוליטים משניים המתווכים הגנה צמחית, איתות וצבע.
Sub-topics
Core questions
- כיצד צמחים קולטים אנרגיית אור ומשתמשים בה לקיבוע פחמן דו-חמצני לסוכרים?
- כיצד משתחררת האנרגיה האצורה בסוכרים באמצעות נשימה?
- כיצד ומדוע צמחים מייצרים את המגוון העצום של מטבוליטים משניים?
Key theories
- פוטוסינתזה דו-שלבית
- הפוטוסינתזה מתרחשת בתגובות אור הממירות אנרגיית אור ל-ATP ו-NADPH, ובתגובות פחמן (מעגל קלווין-בנסון) המשתמשות באנרגיה כימית זו לקיבוע פחמן דו-חמצני לפחמימות.
- צימוד כימיוסמוטי של אנרגיה
- הן הפוטוסינתזה והן הנשימה מצמדות העברת אלקטרונים לשאיבת פרוטונים דרך ממברנה, והגרדיאנט הנוצר מניע סינתזת ATP.
Clinical relevance
פוטוסינתזה היא המקור האולטימטיבי למזון ולחמצן ומנוף מרכזי במחזור הפחמן העולמי; הבנת מטבוליזם צמחי מזינה מאמצים להעלות את יבול הגידולים, להנדס עמידות ללחץ, ולייצר תרופות ותרכובות אחרות ממטבוליזם משני של צמחים.
History
נתיב הפחמן בפוטוסינתזה נחקר על ידי קלווין ובנסון באמצעות סמנים רדיואקטיביים באמצע המאה העשרים, בעוד שהתיאוריה הכימיוסמוטית של מיטשל איחדה את הממברנות מעבירות האנרגיה של כלורופלסטים ומיטוכונדריה.
Key figures
- Melvin Calvin
- Andrew Benson
- Rudolph Marcus
- Peter Mitchell
Related topics
Seminal works
- buchanan2015
- taiz2015
Frequently asked questions
- מהם שני שלבי הפוטוסינתזה?
- תגובות האור בממברנות התילקואידים קולטות אור לייצור ATP ו-NADPH ומשחררות חמצן, ותגובות הפחמן של מעגל קלווין-בנסון משתמשות ב-ATP וב-NADPH אלו לקיבוע פחמן דו-חמצני לסוכר.
- מדוע צמחים מייצרים מטבוליטים משניים?
- מטבוליטים משניים אינם נחוצים לצמיחה בסיסית אך משרתים תפקידים אקולוגיים – הגנה מפני אוכלי עשב ופתוגנים, משיכת מאביקים, והגנה מפני קרינה אולטרה סגולה ולחצים אחרים.